Imagine que, em vez de acender uma lâmpada quando escurece, você pode ler à luz de uma planta brilhante em sua mesa.

Os engenheiros do MIT deram um primeiro passo crítico para tornar essa visão uma realidade. Ao incorporar nanopartículas especializadas nas folhas de uma planta de agrião, eles induziram as plantas a emitir luz fraca por quase quatro horas. Eles acreditam que, com mais otimização, essas plantas um dia serão brilhantes o suficiente para iluminar um espaço de trabalho.

"A visão é fazer uma planta que funcione como uma lâmpada de mesa - uma lâmpada que você não precisa conectar. A luz é, em última análise, alimentada pelo metabolismo energético da própria planta, "diz Michael Strano, o Carbon P. Dubbs Professor de Engenharia Química no MIT e o autor sênior do estudo.

Essa tecnologia também pode ser usada para fornecer iluminação interna de baixa intensidade, ou para transformar árvores em postes de luz com alimentação própria, dizem os pesquisadores.

O pós-doutorado do MIT Seon-Yeong Kwak é o principal autor do estudo, que aparece no jornal Nano Letras .

Plantas nanobiônicas

Nanobiônica de plantas, uma nova área de pesquisa iniciada pelo laboratório de Strano, visa dar às plantas características inovadoras, incorporando-as a diferentes tipos de nanopartículas. O objetivo do grupo é projetar plantas para assumir muitas das funções hoje desempenhadas por dispositivos elétricos. Os pesquisadores já projetaram plantas que podem detectar explosivos e comunicar essas informações a um smartphone, bem como plantas que podem monitorar as condições de seca.

Iluminação, que é responsável por cerca de 20 por cento do consumo mundial de energia, parecia um próximo alvo lógico. "As plantas podem se auto-reparar, eles têm sua própria energia, e já estão adaptados ao ambiente externo, "Strano diz." Achamos que esta é uma ideia cujo tempo chegou. É um problema perfeito para os nanobiônicos de plantas. "

Para criar suas plantas brilhantes, a equipe do MIT se voltou para a luciferase, a enzima que dá brilho aos vagalumes. A luciferase atua em uma molécula chamada luciferina, fazendo com que emita luz. Outra molécula chamada coenzima A ajuda o processo ao remover um subproduto da reação que pode inibir a atividade da luciferase.

A equipe do MIT empacotou cada um desses três componentes em um tipo diferente de transportador de nanopartículas. As nanopartículas, que são todos feitos de materiais que a U.S. Food and Drug Administration classifica como "geralmente considerados como seguros, “ajudam cada componente a chegar à parte certa da planta. Também evitam que os componentes atinjam concentrações que podem ser tóxicas para as plantas.

Os pesquisadores usaram nanopartículas de sílica com cerca de 10 nanômetros de diâmetro para transportar a luciferase, e eles usaram partículas ligeiramente maiores dos polímeros PLGA e quitosana para transportar luciferina e coenzima A, respectivamente. Para colocar as partículas nas folhas das plantas, os pesquisadores primeiro suspenderam as partículas em uma solução. As plantas foram imersas na solução e depois expostas a alta pressão, permitindo que as partículas entrem nas folhas através de minúsculos poros chamados estômatos.

As partículas que liberam luciferina e coenzima A foram projetadas para se acumular no espaço extracelular do mesofilo, uma camada interna da folha, enquanto as partículas menores que carregam a luciferase entram nas células que constituem o mesofilo. As partículas de PLGA liberam gradualmente luciferina, que então entra nas células vegetais, onde a luciferase realiza a reação química que faz a luciferina brilhar.

Os primeiros esforços dos pesquisadores no início do projeto produziram plantas que podiam brilhar por cerca de 45 minutos, que desde então melhoraram para 3,5 horas. A luz gerada por uma muda de agrião de 10 centímetros é atualmente cerca de um milésimo da quantidade necessária para ler, mas os pesquisadores acreditam que podem aumentar a luz emitida, bem como a duração da luz, otimizando ainda mais a concentração e as taxas de liberação dos componentes.

Transformação de plantas

Esforços anteriores para criar plantas emissoras de luz basearam-se em plantas geneticamente modificadas para expressar o gene da luciferase, mas este é um processo trabalhoso que produz uma luz extremamente fraca. Esses estudos foram realizados em plantas de tabaco e Arabidopsis thaliana, que são comumente usados ​​para estudos de genética de plantas. Contudo, o método desenvolvido pelo laboratório de Strano pode ser usado em qualquer tipo de planta. Até aqui, eles demonstraram isso com rúcula, couve, e espinafre, além de agrião.

Para versões futuras desta tecnologia, os pesquisadores esperam desenvolver uma maneira de pintar ou pulverizar as nanopartículas nas folhas das plantas, que poderia tornar possível transformar árvores e outras plantas grandes em fontes de luz.

“Nossa meta é realizar um tratamento quando a planta for uma muda ou uma planta madura, e durar toda a vida da planta, "Strano diz." Nosso trabalho muito sério abre as portas para postes de luz que nada mais são do que árvores tratadas, e à iluminação indireta ao redor das casas. "

Os pesquisadores também demonstraram que podem desligar a luz adicionando nanopartículas contendo um inibidor da luciferase. Isso poderia permitir que eles eventualmente criassem plantas que desligam sua emissão de luz em resposta às condições ambientais, como a luz solar, dizem os pesquisadores.